长线阵TDICCD空间相机像移匹配及MTF分析

长线阵TDI(time delay and integration)CCD空间相机通过机动成像可以获得更宽的地面幅宽,缩短重访周期。由于角度变换和地球曲率等因素,相机不同视场位置的像移速度和偏流角存在差异,TDICCD焦面越长,机动角度越大,差异越大。通过像移解析模型计算像面上各点像速矢量,定量分析空间相机在侧摆和俯仰成像时视场上各点像移速度和偏流角差异对调制传递函数(MTF)的影响,并以MTF为约束确定各工况下的像速匹配模式和参数指标。分析结果表明:侧摆成像时,以沿TDICCD积分方向上的MTF退化为主;俯仰成像时,垂直于TDICCD积分方向上的MTF退化较多。以某工程实例计算:以传函下降5%为约束,以最大侧摆角40°成像时,可采用32级积分级数。俯仰30°成像时,可用积分级数不能超过8级;俯仰10°成像时,积分级数不超过16级。

便携式TDICCD遥感相机成像检测系统设计

针对原有TDICCD相机成像检测系统的体积庞大、移动困难、功耗大、不利于外场实验的问题,设计了一套便携式航天遥感相机成像检测系统。首先给出了TDICCD相机的结构以及图像输出时序,然后具体介绍了便携式成像检测系统的硬件设计以及软件设计,最后对某TDICCD相机进行了检测试验,处理10 min遥感图像的时间为10 s,系统现已稳定工作时间为3 000 h,实现了对图像数据和辅助数据的全自动判读,对相机的工作异常进行自动报错处理,判读准确、快速,节省了人力并降低了误判率。本文所研制的便携式成像检测系统工作稳定,适合外场实验,可靠性高。

TDICCD相机平台振动所致的MTF空间移变降质

卫星振动不仅会引起TDI(Time Delay and Integration)CCD相机像元采样的不规则性,还会引起像元弥散斑空间分布的不一致性,导致图像传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)产生空间变化,从而制约高分辨率图像振动复原质量。本文从卫星振动对TDICCD相机推扫成像采样过程的作用机理出发,结合理论推导与仿真研究,得到了平台振动引起的图像空间移变降质及表征方法。然后在振动复原模型的基础上,推导得出MTF空间移变降质对复原处理误差的影响,并基于实际卫星图像开展了复原实验。实验结果表明:当振动所致图像MTF空间移变降质小于15%时,复原处理后的图像与理想图像的结构相似度优于0.95,而且处理误差所导致的图像失真不影响判读质量。

适于空间TDICCD相机的图像压缩系统设计

提出了一种适于空间TDICCD相机的复杂度适中、高性能的图像压缩系统。其压缩系统主要分为离散小波变换(DWT)单元和位平面编码(BPE)单元。DWT采用两个并行的9/7整数1D DWT完成2D DWT;BPE单元从扫描方法、并行扫描、转移字存储及并行计算方面对传统CCSDS算法进行了改进,使其更适合CCD空间相机的应用。最后,使用地面检测设备对设计的图像压缩系统进行了试验测试。实验结果表明,该图像压缩系统可以稳定可靠地工作,与传统压缩系统相比,平均PSNR提高了0.97 dB,具有较高的数据吞吐率,在系统时钟频率为50 MHz时数据吞吐率达到12.8 Mpixels/s。非常适于空间TDICCD相机的应用。

TDICCD相机的相对孔径与器件像元尺寸关系的研究

采用TDICCD可用小相对孔径光学系统 ,使相机轻型化。文章指出相机的相对孔径与TDICCD的像元尺寸必须正确地匹配 ,才能保证相机在奈奎斯特(Nyquist)频率处的实验室静态传递函数(MTFfN)≥0.2。确保相机装在卫星上飞行时 ,达到截止频率对应的地面像元分辨率 ,并介绍了国外TDICCD相机的主要参数。

像移对星载TDICCD相机成像品质的影响分析

像移是影响星载时间延迟积分电荷耦合器件(TDICCD)相机成像品质的重要因素。为研究像移对TDICCD像质的影响,首先分析了像移引起图像模糊和几何变形的机理,研究了像移降质的辐射和几何方面评价参量。依据TDICCD工作原理,建立了像移影响下TDICCD相机空变降质模型,并以此为基础,计算并分析了不同形式、不同方向上的像移影响下的像质下降情况。分析结果表明,不同方向、不同形式的像移引起的成像品质下降是不同的。文章中提出的空变降质模型可以为后续的仿真及像移降质图像的恢复等提供参考。

一种基于多线阵集成TDICCD的低轨成像驱动方法

随着用户对星载对地观测相机的多光谱需求提高,芯片集成化能力的提升,多线阵集成的时间延时积分电荷耦合器件(TDICCD)在航天产品中得到越来越多的重视和应用。文章分析了TDICCD图像传感器在低轨成像时的特点,提出了一种基于多线阵集成TDICCD在垂直转移时间变短情况下的驱动方式,采用现场可编程门阵列作为硬件处理平台,使用高速集成电路硬件编程语言设计了多线阵集成TDICCD驱动时序。经软件仿真验证和硬件实际成像测试,该设计的时序可以满足传感器正确、稳定的工作要求,搭建系统验证了产生时序的正确性,通过采集成像图像并进行了分析,最终确定驱动传感器工作正常,且能有效解决不同线阵间的成像干扰,提高了传感器的成像品质。

卫星TDICCD相机非沿轨成像仿真方法

传统的TDICCD相机沿轨成像模式只需要调整偏流角和卫星飞行速度决定的积分时间,而TDICCD相机非沿轨成像则需要更加复杂的姿态和积分时间控制。对TDICCD相机非沿轨成像进行仿真,有助于了解其工作原理,并有针对性地研发数据处理方案。文章实现了卫星TDICCD相机对非沿星下点轨迹方向条带目标成像的两种仿真方法。一是“南北方向”成像仿真方法,另一种是“摆扫”成像仿真方法。推导了这两种成像在星下点成像和偏离星下点成像两种条件下TDI积分时间和姿态运动的计算方法。通过多级积分条件下的靶标成像效果和成像范围验证了所述方法的正确性和通用性。

机械拼接时间延迟积分CCD空间相机的振动参数检测

为了获取空间相机在轨摄像期间的振动幅频特性,提出了一种基于TDICCD拼接技术的空间相机振动参数检测方法。根据TDICCD拼接原理,利用拼接结构中的重叠成像区域在不同时刻对同一景象成像,通过灰度投影算法对所成图像进行比对求取相对偏移量,拟合偏移量数据,进而根据拟合结果计算出空间相机振动参数。实验结果表明:对于一维单一频率的振动,频率相对误差小于0.5%,振幅绝对误差小于1个像元;对于一维混合频率的振动,频率相对误差小于3%,振幅绝对误差小于2个像元;对于沿推扫方向和垂直推扫方向均为单频振动的二维振动,频率相对误差小于1%,振幅绝对误差小于2个像元。实验结果验证了检测方法的正确性,达到了不增加额外设施,仅利用相机自身结构就能精确测量相机振动参数的目的,并为后续图像复原提供了数据基础。

空间TDICCD相机的在轨成像参数重注

空间相机的成像参数往往受到卫星平台资源的限制,并不能全部由地面发送给相机,而是由卫星平台进行档位选择事先在相机里固化好的地面标定参数。由于空间环境的变化,空间相机在轨工作期间TDICCD均匀性会发生变化,从而影响成像质量。针对某航天离轴相机设计了一种空间TDICCD相机成像参数在轨重注的方法。首先,介绍相机的工作平台,确定在轨成像参数重注的设计方法;然后,介绍程序接收、缓存、校验以及存储参数数据的处理流程;最后,结合相机控制器软件专用检测模块验证该方法设计的正确性,并给出成像参数修改前后的TDICCD图像对比图,结果表明成像参数修改成功。

基于地-气间辐射模型的航天相机自动调光系统

在航天相机的成像过程中,拍摄场景的亮度随着地表目标和大气环境的变化而发生改变,为了保证航天相机输出理想的图像,提出了基于地-气间辐射模型的航天相机自动调光方法。根据地-气间辐射传输特性建立航天相机入瞳处辐照度模型,通过分析大气气溶胶对遥感成像的影响,对该模型进行了改进,并在此基础上提出了航天相机自动调光方法。航天相机自动调光首先根据总辐照度以及地面目标辐照度占总辐照度的比例对自动调光参数进行调节,目的是尽可能提高地面目标信息量,然后根据大气气溶胶光学厚度确定自适应拉普拉斯滤波的参数,增强遥感图像的细节。由实验结果可以看出,自动调光增加了遥感图像的信息量,增强了图像对比度,航天相机的成像质量得到了明显地提高。